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科技创新

黑龙江省天然石墨加工新技术与高端应用工程技

  最近,黑龙江省天然石墨加工新技术与高端应用工程技术研究中心的一项新成果——石墨负极材料为原料的动力电池,被应用到本地产的一款新能源汽车上。科技成果和产业成功对接,使黑龙江省石墨深加工又迈出了一步。如何让传统的石墨原料蜕变升华,使资源优势转变为产业优势、经济优势?龙江石墨中心和上下游企业深度融合,按下了石墨深加工研发应用的“快捷键”。

  石墨是军工与现代工业及高、新、尖技术发展中不可或缺的重要战略资源,素有“黑金子”美誉。黑龙江省石墨储量约占全国60%以上,世界的45%。凭借石墨资源丰富、储量大、品位高等特点,龙江已成为我国乃至世界石墨产品的重要生产基地。

  “产业技术水平低,缺少下游高新技术产品的有力支撑,已成为我省石墨产业发展的瓶颈。大力开展深层次的石墨基础和前沿技术研究,实现石墨高端应用核心技术的重大原始创新,通过产学研用深度融合实现科技成果的高效转化应用,促进石墨深加工及其高端应用技术和产业的发展,打造具有国际竞争力的高端石墨应用产业,已成为我省乃至全国的迫切需要。”石墨工程技术研究中心主任黄玉东教授如是说。

  正是在这样的背景下,2013年9月,贝特瑞新能源材料有限公司、哈尔滨光宇电源股份有限公司等石墨高端应用领域国内的核心企业和石墨深加工领域研发的佼佼者——哈尔滨工业大学强强联手,成立了“黑龙江省天然石墨加工新技术与高端应用工程技术研究中心”。石墨中心形成了涵盖4个一级国家重点学科、1个国家实验室、2个国家级重点实验室、2个省部级实验室和1个国家级工程中心的创新试验平台,汇聚了院士、长江学者、国家杰出青年获得者等数十名高端技术人才和多个高水平创新团队。

  黄玉东说,运行近两年来,石墨中心全面参与石墨领域国家、省部级科技重大和重点项目,突破了多项核心关键技术,为我国石墨高端应用发展提供了一批以基础理论研究为主的前沿技术储备。目前,石墨中心已经成为我国石墨研发的重要基地。

  走进石墨中心宽敞明亮的实验室,记者见到科研人员正在做石墨烯和氧化石墨烯的分成试验。“石墨烯看似不起眼,它可是目前的明星材料,在电子学、储能等诸多领域有巨大的应用潜能。你能想象只用一分钟就能把手机充满电的电池,你见过薄如纸张的手机和电脑吗?充放电速度比传统电池快1000倍的石墨烯超级电容器,应用于各种电子和可穿戴设备领域的石墨烯柔性触摸屏让你的想象变成了现实。”娄帅峰博士风趣地说。

  以石墨烯为代表的高端石墨新技术和新领域方兴未艾,中心成员甘阳教授于2003年就提出了一种石墨表面微观剥离获得单层石墨烯的方法,被2010年诺贝尔物理学奖得主Geim教授在诺贝尔奖演讲中引用,被誉为“诺贝尔奖演讲中的中国亮点”。中心成员赵九蓬教授等已经在石墨烯材料领域获得了多项国家发明专利。目前,研发团队正联合省内企业开展石墨烯量产制备和高端应用的前沿技术研究,有望突破核心技术并实现产业化应用。

  石墨中心副主任尹鸽平教授研发团队一直注重与企业的产学研合作和技术转化,1998年起即与哈尔滨光宇电源股份公司建立了稳定、长效的产学研合作机制,合作开发的系列动力电池已经批量生产,广泛应用于电动自行车、电动车及电动大巴车,电池能量密度较常规电池提升了20%。尹鸽平介绍,普通球形石墨制造企业在生产过程中产生的大量碎粉材料通常作为废料低价出售。目前石墨精粉的价格3000元/吨,经过加工成负极材料后价格在7-12万/吨。中心与奥宇石墨集团合作开发了超细石墨负极材料生产技术,通过材料的表面改性获得了高性能动力电池负极材料,目前已经建成年产1000吨的球形石墨负极材料生产线。

  此外,石墨中心研制的石墨基功能涂层在固体火箭发动机、月壤取芯软袋、导弹鼻椎、导弹热防护面板等领域获得了广泛运用,满足了国家多型号导弹、运载火箭对该类涂层使用需求,为探月工程、国家系列重大工程提供了有力保障。

  黄玉东说,石墨中心目前正在孵化锂离子电池负极材料、石墨阻燃材料等四家高技术企业。

  黑龙江省石墨产业科技发展规划提出,要依靠科技进步占领石墨产业价值链高端,做强做大石墨产业,将资源优势转化为经济优势。

  黄玉东说,目前石墨中心的重点研究方向是石墨烯及石墨纸的规模化制备技术,改性天然石墨电池材料批量化制备及电池制造,高阻燃天然石墨/聚合物材料制备关键技术,膨胀石墨及制品的开发及应用,石墨基功能涂层等。未来发展目标是针对石墨高端应用的战略需求和技术瓶颈,整合优势资源,开展深层次体制机制改革,形成支撑黑龙江石墨高端应用前沿技术创新的源动力基地;解决石墨高端应用的关键瓶颈问题,在石墨烯制备、结构调控及功能器件,先进石墨基新能源材料,石墨复合材料及石墨原料精细化加工,先进测试与分析技术四个方面,形成一批支撑黑龙江省石墨高端应用技术的重大创新成果;打造多学科交叉与协同的高水平科研团队,形成“国内一流、国际知名”的石墨高端应用领域科研创新平台和学科群,构建石墨高端应用领域领军人才培养体系,引领全省高端石墨科学技术的发展;打造黑龙江省国家级石墨深加工及其高端应用产业化示范基地,孵化一批高新技术企业,真正推动龙江高端石墨产业发展。

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